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玉米广泛种植于全球温热带地区,是一个具有广泛用途和丰富遗传多样性的物种。磷是对植物生长发育具有重要作用的大量元素,低磷胁迫影响植物的正常生长。为了适应低磷胁迫的土壤环境,植物进化出适应低磷环境的机制,帮助植物在缺磷的条件下搜寻、活化和吸收土壤中的磷并对体内的磷进行循环利用。土壤中缺磷是限制玉米产量的重要因素之一,这种情况在以低投入农业为主的发展中国家更为严重。本研究应用遗传育种学的方法和技术初步揭示了玉米耐低磷遗传变异的生理机理。我们利用室内水培培养的方法进行对550个玉米自交系(包括338份来自于两个RIL群体的材料,69份温带自交系和143份热带自交系)进行了耐低磷的表型鉴定。试验设置低磷和常磷两个处理。统计分析表明所测定的茎叶性状在玉米材料之间表现出较大的遗传变异性,遗传力在0.70到0.91之间。最佳线性无偏估计(BLUP)分析发现BLUP和平均值之间表现出较强的正相关。苗长和其他性状相关性极显著,表明通过对苗长进行选择,可以达到改良其他性状的目的。我们对所有性状进行主成分分析,前两个主成分可以解释81.27%的表型变异,其中第一个主成分可解释表型变异的59.35%,主要贡献来自于总干重、苗干重、根干重、苗鲜重、根鲜重、根长和苗长。通过主成分分析计算出一个综合选择指数,利用该选择指数对玉米的耐低磷能力进行筛选,共筛选出30个优良材料。这些材料可能对提高玉米的耐低磷能力有一定的应用价值。我们利用GiA Root软件对低磷和常磷处理下的220个玉米自交系的根系性状进行了测量。方差分析表明,这些根部性状的遗传变异较大,遗传力在0.59到0.95之间,不同性状的遗传方差在0.01到0.60之间。BLUP与平均值之间表现出较强的线性关系。Euclidean遗传距离在0.61到29.33之间,表明自交系之间的变异性较大。主成分分析表明,前三个主成分解释表型变异的79%,其中贡献最大的是根系总长、根系表面积、根系周长、根系面积、最大根数、根系体积、根系凸面面积、根长、根系深度、交叉根数和根系宽度。缺磷将激发植物许多转录水平、生化水平和生理水平的变化,这些变化能够帮助植物吸收土壤中的磷以及改善植物的磷利用效率。玉米遗传材料的磷利用效率变异很大。系统生物学结合高通量、多维度和高精度的表型鉴定将有助于培育耐低磷的玉米新品种。